JP2003086224A - 燃料電池及びその圧縮空気供給システム - Google Patents

燃料電池及びその圧縮空気供給システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池において、環境条件や要求条件が変動
しても迅速に圧縮空気を供給できるようにする。 【解決手段】燃料電池スタック５２は、大気を圧縮機５
９で圧縮して得られた圧縮空気が導かれる空気室５５を
有している。空気室から排出された排気は、膨張機６０
で膨張するときにエネルギーを回収される。圧縮機と膨
張機とは、燃料電池スタックの空気室を介して配管６
５、６６により接続されている。配管内を流通する排気
の圧力を圧力検出手段１が検出し、その値に基づいて膨
張機に吸入される排気流量を絞り弁２が制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素から発
電する燃料電池に係り、特にこの燃料電池に空気を供給
する圧縮空気供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の圧縮空気供給システムの従来
例が、特開平7-14599号公報に記載されている。この公
報に記載の燃料電池システムでは、大気から取り入れた
空気を圧縮して燃料電池に供給している。そして、燃料
電池本体からの排気が大気圧よりも高い圧力であるの
で、排気を大気に放出する際に動力を回収し、回収した
動力を吸入した空気の圧縮に再利用している。
【０００３】従来の燃料電池システムの他の例が、特開
２００１−９３５５３号公報に記載されている。この公
報に記載の燃料電池システムでは、鏡板の両側に形成し
たスクロール流体機械の一方のスクロールを空気の圧縮
に、他方のスクロールを燃料電池の排気の動力回収に用
いている。そして、圧縮機と膨張機の容積比を特定し
て、燃料電池の空気室の内圧を所定値に近づけ高いエネ
ルギ効率を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の空気室に供
給する空気圧力の適正値は、燃料電池の種類や仕様によ
り異なる。燃料電池本体の発電効率のみを考えれば供給
圧力が高い方が空気室内の酸素分圧が高くなり、反応が
促進され好ましい。そして、機器を小型化できるので、
車載用燃料電池の場合には車載重量が減るという利点も
生じる。しかし供給圧力を高くすると、空気を圧縮する
のに要するエネルギが多くなる。また、高い圧力で使用
する機器の耐圧強度を確保する必要があり、車載用では
重量が増す懸念もある。このような相反する条件を総合
的に検討し、さらに燃料電池本体自身の特性をも考慮し
て最適圧力を決定する。燃料電池では、供給する空気圧
力のみならず、流量についても最適値が存在する。つま
り、反応に使用される酸素を十分供給しないと反応が遅
くなる一方、過剰に供給すれば反応に使用されない無駄
な酸素が増える。
【０００５】ところで、燃料電池の使用条件は常に同じ
ではない。大気圧や気温、湿度などの環境条件は季節お
よび時間帯により変動するし、燃料電池の出力電力量へ
の要求条件も時々刻々変化する。特に車載用燃料電池に
おいては、車両が低地から高地に移動するとき、トンネ
ルへ出入りするとき、坂道を上り下りするときまたは急
加速が要求されるときには使用条件の変動が激しい。こ
れらの使用条件が変動すると、空気室の内圧は変化す
る。このとき、供給空気の圧力や流量の最適値も上述の
理由により変化する。上記従来の技術の項で述べた公報
においては、この使用条件が変化することは何ら記載さ
れておらず、特に車載用の燃料電池において顕著なこの
使用条件の変化に応じた圧縮空気供給システムを実現す
ることについては、何ら考慮が無い。
【０００６】また、特開平６0-１６０５７３号公報には
圧縮室の圧力を検出してタービン流量を制御する燃料電
池用ターボコンプレッサシステムが記載されているが、
この燃料電池システムはターボコンプレッサを使用して
いるので急激な負荷変動のある燃料電池車に用いるのは
困難である。そして、この公報では定置用を前提として
いるので圧力室の圧力に基づいて制御している。その結
果、圧力検出点と制御弁との間の距離が長くなり、制御
が安定するまでに長時間を要する。
【０００７】本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなさ
れたものであり、その目的は、燃料電池において環境条
件や要求条件が変動しても迅速に圧縮空気を供給できる
ようにすることにある。本発明の他の目的は、車載用の
燃料電池において、信頼性を向上させることにある。本
発明のさらに他の目的は、高効率な車載用燃料電池を実
現することにある。そして本発明は、少なくともこれら
のいずれかの目的を達成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第1の特徴は、空気室を有する燃料電池本体
と、この空気室に圧縮空気を供給する容積形の圧縮機
と、空気室から排出される排気を膨張させる膨張機とを
備えた燃料電池において、圧縮機と膨張機とを燃料電池
本体の空気室を介して接続する配管と、この配管内を流
通する空気の圧力を検出する検出手段と、この検出手段
が検出した空気圧力に基いて圧縮機の空気流量または膨
張機が吸入する排気流量の少なくともいずれかを制御す
るフィードバック制御手段とを設けるものである。
【０００９】そしてこの特徴において、圧力検出手段は
燃料電池本体の空気室と膨張機間に設けられており、こ
の圧力検出手段の下流側に可変絞りを設け、制御手段は
この可変絞りを制御するものであってもよく；膨張機は
容積形であり、膨張機の動力出力軸と圧縮機の動力入力
軸は共通軸となっており、圧縮機と膨張機の少なくとも
いずれかの軸１回転当たりの吸込み容積は可変であり、
圧力検出手段が検出した圧力に基づいてこの吸込み容積
を変化させるようにしてもよい。
【００１０】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、空気室を有する燃料電池本体に圧縮空気を供給
する容積形の圧縮機と、燃料電池本体から排出された排
気のエネルギを回収する膨張機とを備えた燃料電池用圧
縮空気供給システムにおいて、圧縮機と膨張機とを空気
室を介して配管接続し、空気室から膨張機に至る配管の
途中に熱交換量可変の熱交換手段を設けるものである。
【００１１】上記目的を達成するための本発明の第３の
特徴は、空気室を有する燃料電池本体と、この空気室に
圧縮空気を供給する容積形の圧縮機と、空気室から排出
される排気を膨張させる膨張機とを備えた燃料電池にお
いて、圧縮機の動力入力軸と前記膨張機の動力出力軸を
結合する変速機を有し、この変速機は膨張機の動力出力
軸に対する圧縮機の動力入力軸の速度比を、燃料電池本
体の空気室の内圧が高いときには小にし、空気室の内圧
が低いときには大にするものである。
【００１２】上記目的を達成するための本発明の第４の
特徴は、空気室を有する燃料電池スタックと、この空気
室に圧縮空気を供給する容積形の圧縮機と、空気室から
排出される排気からエネルギを回収する手段と、このエ
ネルギ回収手段への排気の流入量を制御する制御手段と
を備えたものである。
【００１３】そしてこの特徴において、エネルギ回収手
段は、圧縮機とこの圧縮機の回転軸に接続された膨張機
とを備える；制御手段は、エネルギ回収手段に排気を導
く配管に取付けた圧力検出手段と、この圧力検出手段の
検出信号を入力し圧力検出手段の下流側に設けた制御弁
とを備える；制御手段はエネルギ回収手段に排気を導く
配管に設けた制御弁と、この制御弁の下流に設けられ排
気を冷却して水分を凝縮させる第１の熱交換器と、この
第１の熱交換器で熱交換した排気を、制御弁をバイパス
した排気と熱交換させる第２の熱交換器とを備えるよう
にしてもよい。さらに、制御手段は、圧縮機と膨張機と
の間に設けた変速手段と、エネルギ回収手段に空気室か
らの排気を導く配管に設けた圧力検出手段を備え、この
圧力検出手段が検出した圧力に基づいて変速手段の変速
比を変更するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
を図面を用いて説明する。図１に、燃料電池システム５
１系統図を示す。燃料電池本体である燃料電池スタック
５２では、水素あるいは水素を多く含む気体を通す水素
室５３に接する水素極５４と、圧縮空気が供給される空
気室５５に接する酸素極５６とが、水素イオン透過膜５
７を挟んで位置している。
【００１５】大気から取り入れた空気はエアクリーナ５
８で粉塵を取り除き、容積形の圧縮機５９で昇圧されて
上流側圧力配管６５を経て空気室５５へ送られる。空気
室５５に導かれた空気中の酸素は、燃料電池スタック５
２内の反応で減少するとともに、反応に用いられた酸素
からは水あるいは水蒸気が生じる。
【００１６】燃料電池スタック５２内を通過するときの
圧縮空気の通過圧損は、大きくない。例えば、大気圧0.
1MPaを圧縮機５９で0.3MPaまで昇圧した場合でも0.02MP
a程度である。したがって、空気室５５から排出される
排気の圧力は、0.28MPa程度の圧力となっており、この
圧力のいくらかでも回収できれば、燃料電池の効率が向
上する。そこで、空気室の排気を下流側圧力配管６６を
介して膨張機６０に入力し動力を回収する。なお、圧縮
機５９の吐出口から空気室５５を経て膨張機６０の吸入
口に至る配管６５、６６の内圧は大気圧以上になるの
で、その圧力に耐える圧力配管としている。
【００１７】回収した動力は、圧縮機５９と膨張機６０
とを連結する連結軸６１を通じて圧縮機５９に送られ
る。なお、燃料電池スタック５２に供給する空気の圧縮
に要する動力はこれだけでは不十分なので、圧縮機５９
と膨張機６０との接続側とは反対側に電動機６２を設け
ている。これにより、空気室へ供給する空気の圧縮に不
足な動力を補っている。
【００１８】燃料電池に吸込まれる空気の状態は、気温
や湿度および大気圧などの環境条件により変化する。ま
た、燃料電池が発生する電力量の要求も、使用者の要求
条件により変化する。したがって、これらの環境条件や
要求条件を満足する最適な空気室の内圧や供給空気流量
も変化する。空気流量は、圧縮機の回転速度を変化させ
ることにより、比較的容易に制御できる。しかし、圧縮
空気の圧力は、圧縮機内を流通する圧縮空気や膨張機内
を流通する排気の流量、燃料電池スタックにおける水生
成反応、生成された水蒸気の液化等の影響を受ける。そ
のため、燃料電池システムの圧縮空気供給システムの各
部の圧力を最適にするのが困難であった。
【００１９】そこで本発明においては、圧縮空気供給シ
ステムの各部の圧力を適正にすることにより燃料電池シ
ステムを高効率にしている。特に、車両に用いられる場
合には、高効率化により燃料電池システムを小型化する
ことが可能になる。
【００２０】図１では、圧力センサ１を下流側圧力配管
６６に設けている。そして、圧力センサ１の下流側に電
動式の絞り弁２を設けている。圧力センサ１は、空気室
５５から排出される排気の動圧を受けないように、下流
側圧力配管６６の管壁に直角に固定されている。圧力セ
ンサ１が検出した圧力に比例した電圧信号が圧力センサ
１から出力され、この出力に応じて電動式の絞り弁２の
開度が変化する。なお、電動式の絞り弁２には電動機２
aが付設されており、絞り弁２を電気的に開閉する。
【００２１】このように構成した本実施例の動作を、以
下に示す。燃料電池システムを起動させるときには、絞
り弁２を可変範囲の最小開度まで閉じる。この最小開度
は全閉ではない。圧縮機５９を起動すると、大気から空
気が吸い込まれる。吸込まれた空気は圧縮機５９により
昇圧され、上流側圧力配管６５に送り出される。圧縮空
気は圧損の小さい空気室５５を通過した後、下流側圧力
配管６６に排出される。
【００２２】圧力センサ１は、この下流側圧力配管に流
れ込んだ圧縮空気の圧力を検出する。圧縮機５９を起動
した直後は絞り弁２の開度が小さいので、絞り弁２より
上流側の圧力が次第に上昇する。圧力が十分上昇したこ
とが圧力センサ１により感知されると、絞り弁２の電動
機２ａを作動させ、絞り弁２を次第に開く。絞り弁２を
開く動作を継続するうちに、圧縮機５９で圧縮される空
気量と膨張機６０から排出される空気量がバランスし、
絞り弁２で検出される圧力が安定する。この安定した圧
力で運転を継続しているときに大気圧や温度や湿度が変
化しても、絞り弁２を開閉するだけで空気室５５の圧力
をほぼ一定に制御することができる。
【００２３】本実施例では圧力センサ１の出力を電動式
絞り弁２に直接導いているが、マイコンなどの制御装置
に圧力センサ１の出力を導いて、この制御装置が電動式
絞り弁２を制御するようにしてもよい。制御装置を有す
ると、非線形的な制御や燃料電池スタック５２が発生す
る電力量を制御変数に用いることもできる。
【００２４】燃料電池システムの上位システムから、燃
料電池スタック５２が発生する電力量を増加させるよう
に指示があったとする。通常は、圧縮機５９の運転速度
を加速して空気流量を増大させるが、加速時間が長くな
り迅速な対応ができず、車載用では現実的ではない。そ
こで、圧縮機の運転速度を増す前に、絞り弁２を少し閉
じ空気室５５の内圧を上げる。これにより、燃料電池ス
タック５２の反応速度を増す。その後、圧縮機５９の回
転速度が上昇したら絞り弁２の開度を元に戻す。この一
連の操作により、上位システムの指示に対して迅速に応
答することが可能になる。
【００２５】本実施例によれば、圧力検出部と制御対象
の絞り弁との流路に沿った距離が短いので、検出してか
ら制御対象が操作されるまでの時間遅れが短かくなり、
応答性がよくなるとともにハンチングなどの不安定現象
を発生しにくくなる。なお、上記実施例では圧力センサ
１を用いて電動式絞り弁を制御しているが、圧力センサ
の代わりに分岐管を、電動式絞り弁２の代わりに分岐管
から導いた圧力で作動するピストンシリンダ式の絞り弁
を用いてもよい。その場合、電気で動作する機機が不要
となり、電磁ノイズや断線などによる誤動作を回避でき
る。また、圧力センサを、測定精度が確保できる範囲で
出きるだけ絞り弁に近づけて配置する。このように圧力
測定位置と流量制御部とを近づけると、車載用の燃料電
池のように急激な負荷変動のある場合にも、すぐに応答
できる。しかも、ハンチング等の不安定な制御状態を回
避でき、燃料電池を効果的に活用できる。
【００２６】本発明の他の実施例を、図２に示す。本実
施例は、図１に示した実施例とは、空気室の出口に設け
る空気圧力及び流量制御手段が異なっている。空気室５
５を出た下流側圧力配管６６aに分岐部１１を設ける。
一方の配管６６ｃ内を流れる排気は制御弁１２を経由さ
せ、他方の配管６６ｂ内を流れる排気は熱交換器１６を
経由させる。その後、２つの流れを合流させる。合流点
の下流側には、水回収器１３が設けられている。水回収
器１３は圧力容器で、冷却水と熱交換する熱交換器１４
が内蔵されている。水回収器１３の下部は回収した水１
５を溜める水溜まりとなっている。水回収器１３を出た
排気は、熱交換器１６で制御弁１２をバイパスした排気
と熱交換し、配管６６e内を流通して膨張機６０に導か
れる。
【００２７】本実施例の動作は以下のとおりである。制
御弁１２は通常は閉じているので、空気室５５を出た水
蒸気を多く含む排気は、熱交換器１６を経由して水回収
器１３に入る。排気は、熱交換器１６を通過する際冷却
される。熱交換器１６で冷却された排気は、水回収器１
３に内蔵された熱交換器１４において冷却水により冷却
され、排気中に含まれる水蒸気が液化する。液化した水
は、回収器１３の底部１５に溜められる。その後、熱交
換器１６を通過する際に加熱されて膨張機６０に導かれ
る。
【００２８】下流側圧力配管６６aに圧力センサ１を取
付け、この圧力センサの出力を電動機１２aで駆動され
る電動絞り弁１２に入力する。圧力センサ１が検出した
配管６６aの内部圧力が高すぎると、電動絞り弁２に入
力された圧力信号により、制御弁１２が閉じ始める。そ
して、熱交換器１６に流れ込む排気流量を制限する。そ
れとともに回収器１３に内蔵された熱交換器１４の冷却
能力を増すために、冷却水流量を増加させる。
【００２９】水回収器１３において十分に温度低下した
排気は、熱交換器１６で絞り弁１２をバイパスした排気
と熱交換するが、バイパスした排気量が減少しているの
で交換熱量が減少する。そのため、通常の場合より温度
上昇量が低下して、膨張機６０に吸入される。膨張機６
０に吸入される空気の温度が低下しているので、空気の
密度が増しその分だけ体積が減少する。その結果、単位
時間当たりの膨張機６０の吸入空気質量が増加する。こ
れにより、膨張機から外部に放出される空気量は増すの
で圧力室の圧力上昇が抑制され、圧力室の内圧を安定し
た値に制御できる。
【００３０】本実施例によれば、圧縮機から膨張機まで
の空気流路に圧損の大きい絞り要素が無いので、圧縮空
気の空気の圧力降下が少ない。そのため、エネルギ効率
を向上できる。特に通常時には、回収器で排気から水を
回収し、水分を減少させた排気を熱交換器で加熱し膨張
機で熱膨張させているので、膨張機で発生する動力を増
大できる。
【００３１】図３及び図４に、上記図１及び図２の実施
例に用いる圧縮機と膨張機の詳細を示す。図３は圧縮機
と膨張機の上面断面図であり、図４はその正面断面図で
ある。これらの図では、圧縮機と膨張機とは一体化され
ている。一体化された圧縮膨張機３１は、雌雄一対のロ
ータを有するスクリュー式圧縮機３２と同じく雌雄一対
のロータを有するスクリュー式膨張機３３とを軸部で連
結したものである。
【００３２】圧縮機３２は軸端側に吸入口３７を、中央
部よりに吐出口３８備えている。吸入口３７から吸込ま
れた空気は、従来のスクリュー圧縮機と同様原理で圧縮
作動室の容積の減少とともに圧縮され吐出口３８から吐
出される。
【００３３】膨張機３３は、吸入完了位置を可変にする
スライド弁３４を備えている。スライド弁３４には、吸
入ポート３５が形成されている。スライド弁３４は、雌
ロータと雄ロータの噛合い部の上方に設けられており、
雌ロータと雄ロータの歯先部に接している。なお、図３
では、簡単化してスライド弁３４の外形と吸入ポート３
５の輪郭のみを示している。スライド弁３４の端部には
ピストン３６が取付けられており、ピストン３６はシリ
ンダ３６aに収容されている。ピストン３６の前後面に
付加される圧力の圧力差により、スライド弁３４は軸方
向（図中で左右方向）に移動する。なお、膨張機の吸入
口３９は吸入ポート３５に連通しており、膨張機３３の
軸端側で吸入口と反対側には吐出口４０が形成されてい
る。
【００３４】圧力センサ１が検出した空気室の内圧が不
足していると判断したときには、ピストン３６を図中左
方向に動かす。これによりシリンダ３６aの内圧が制御
され、スライド弁３４も左へ移動する。このとき、スラ
イド弁３４に形成された吐出ポート３５がロータに開口
する面積は、スライド弁３４の移動とともに次第に縮小
する。
【００３５】雄雌ロータとそれらを囲むケーシングによ
り形成される膨張作動室は、吐出ポート３５の輪郭によ
り吸入動作の終了時容積が規定される。つまり、スライ
ド弁３４に形成した吐出ポート３５が左方向に移動する
と、吸入する排気の容積が減少する。スライド弁３４を
移動させて膨張機３３が吸込む排気量を減少させると、
それに伴い燃料電池スタックの空気室内の圧力が次第に
上昇する。空気室内の圧力が適正範囲に近づいたら、ス
ライド弁３４の位置を元に戻し、空気室内の圧力の適正
範囲で圧縮膨張機３１を運転する。
【００３６】本実施例によれば、圧縮機から膨張機まで
の圧縮空気流路から絞り等を省いたので、圧縮空気流路
における圧力降下量を減少させ、燃料電池スタックを高
効率化できる。また、圧縮機と膨張機を一体化したの
で、燃料電池スタックを小型化できるとともに、機械損
失を低減できる。
【００３７】本発明のさらに他の実施例を、図５に示
す。本実施例が図１に示した実施例と相違する点は、下
流側に圧力配管に電動絞り弁を設ける代わりに、圧縮機
と膨張機とを接続する回転軸に変速機を設けたことにあ
る。圧縮機５９の動力入力軸４１と膨張機６０の動力出
力軸４２との間に変速機４３を設けている。変速機４３
は、圧縮機５９の入力軸４１と膨張機６０出力軸４２と
の２軸の回転速度比を無段階で１：２から２：１まで可
変である。
【００３８】最大出力時あるいは最も頻繁に使用される
出力時に燃料電池スタックが高効率になるように燃料電
池スタックの空気室の内圧を選択する。そしてこの内圧
を実現するように、圧縮機容量と膨張機容量とを選定す
る。この時の変速機の速比は１：１である。したがっ
て、定常運転時に変速機４３の速比をほぼ１：１にして
運転すれば、空気室の内圧が最適範囲になる。変速機の
速比は、下流側圧力配管６６に取付けた圧力センサ２の
出力に基づいて変更される。
【００３９】環境条件や要求条件が変化して、圧力セン
サ１が検出した下流側圧力配管の内圧が最適範囲より高
い方に外れたら、変速機４３の速比を膨張機側の回転速
度が大である１：２の方にシフトする。圧縮機の回転速
度に比べ膨張機の回転速度が増すので、圧力室に圧縮機
から導かれる圧縮空気よりも圧力室から膨張機へ導かれ
る排気の量が増して、圧力室の内圧が下がる。これに対
し、圧力センサが検出した下流側圧力配管の内圧が最適
範囲から低い方に外れたら、変速機４３の速比を圧縮機
の回転速度が大である２：１にシフトする。これによ
り、圧力室の内圧を低下させ、最適範囲に制御する。
【００４０】本実施例によれば、燃料電池用圧縮空気供
給システムの圧損を低減したので、高効率の燃料電池シ
ステムが得られる。また、圧縮機を変速するのに要する
時間が比較的短いので、応答性にも優れている。なお、
本実施例では圧力センサを用いているが、圧力センサの
代わりに、下流側圧力配管から分岐した管路を流通する
排気により作動するピストンを有するピストン・シリン
ダ機構を用いてもよい。
【００４１】また、本明細書に記載した各実施例は例示
的なものであり、限定的なものではない。本発明の範囲
は特許請求の範囲に示されており、それらの請求項の意
味の中に入るすべての変形例は本発明に含まれるもので
ある。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、燃料
電池の動作する環境条件や要求される出力電力量条件が
変化したとしても、迅速に供給空気を適切な圧力および
流量に制御できる。その結果、燃料電池システムの信頼
性が向上する。また、燃料電池を高効率で運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施例の系
統図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの他の実施例の
系統図である。
【図３】本発明に係る燃料電池用空気圧縮膨張機の一実
施例の横断面図である。
【図４】図３に示した空気圧縮膨張機の縦断面図であ
る。
【図５】本発明に係る燃料電池システムのさらに他の実
施例の系統図である。
【符号の説明】
１……圧力センサ、２……電動式絞り弁(制御弁)、１１
……配管の分岐、１２……制御弁、１３……水回収器、
１４……熱交換器、１５……回収した水、１６……熱交
換器、３１……圧縮膨張機、３２……圧縮機側、３３…
…膨張機側、３４……スライド弁、３５……窪み、３６
……ピストン、３７……吸入口、３８……吐出口、３９
……吸入口、４０……吐出口、４１……動力入力軸、４
２……動力出力軸、４３……変速機、５１……燃料電池
システム、５２……燃料電池スタック、５３……水素
室、５４……水素極、５５……空気室、５６……酸素
極、５７……透過膜、５８……エアクリーナ、５９……
圧縮機、６０……膨張機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠原 雅之 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 (72)発明者 西村 仁 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 5H027 BC11 KK03 MM03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気室を有する燃料電池本体と、この空気
    室に圧縮空気を供給する容積形の圧縮機と、空気室から
    排出される排気を膨張させる膨張機とを備えた燃料電池
    において、前記圧縮機と前記膨張機とを前記燃料電池本
    体の空気室を介して接続する配管と、この配管内を流通
    する空気の圧力を検出する検出手段と、この検出手段が
    検出した空気圧力に基いて前記圧縮機の空気流量または
    前記膨張機が吸入する排気流量の少なくともいずれかを
    制御するフィードバック制御手段とを設けたことを特徴
    とする燃料電池。
  2. 【請求項２】前記圧力検出手段は燃料電池本体の空気室
    と膨張機間に設けられており、この圧力検出手段の下流
    側に可変絞りを設け、前記制御手段はこの可変絞りを制
    御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
  3. 【請求項３】空気室を有する燃料電池本体に圧縮空気を
    供給する容積形の圧縮機と、燃料電池本体から排出され
    た排気のエネルギを回収する膨張機とを備えた燃料電池
    用圧縮空気供給システムにおいて、前記圧縮機と前記膨
    張機とを空気室を介して配管接続し、空気室から膨張機
    に至る配管の途中に熱交換量可変の熱交換手段を設けた
    ことを特徴とする燃料電池用圧縮空気供給システム。
  4. 【請求項４】前記膨張機は容積形であり、膨張機の動力
    出力軸と圧縮機の動力入力軸は共通軸となっており、圧
    縮機と膨張機の少なくともいずれかの軸１回転当たりの
    吸込み容積は可変であり、前記圧力検出手段が検出した
    圧力に基づいてこの吸込み容積を変化させることを特徴
    とする請求項１に記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】空気室を有する燃料電池本体と、この空気
    室に圧縮空気を供給する容積形の圧縮機と、空気室から
    排出される排気を膨張させる膨張機とを備えた燃料電池
    において、前記圧縮機の動力入力軸と前記膨張機の動力
    出力軸を結合する変速機を有し、この変速機は膨張機の
    動力出力軸に対する圧縮機の動力入力軸の速度比を、燃
    料電池本体の空気室の内圧が高いときには小にし、空気
    室の内圧が低いときには大にすることを特徴とする燃料
    電池用圧縮空気供給システム。
  6. 【請求項６】空気室を有する燃料電池スタックと、この
    空気室に圧縮空気を供給する圧縮機と、空気室から排出
    される排気からエネルギを回収する手段と、このエネル
    ギ回収手段への排気の流入量を制御する制御手段とを備
    えたことを特徴とする燃料電池。
  7. 【請求項７】前記エネルギ回収手段は、前記圧縮機とこ
    の圧縮機の回転軸に接続された膨張機とを備えることを
    特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
  8. 【請求項８】前記制御手段は、エネルギ回収手段に排気
    を導く配管に取付けた圧力検出手段と、この圧力検出手
    段の検出信号を入力し圧力検出手段の下流側に設けた制
    御弁とを備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料
    電池。
  9. 【請求項９】前記制御手段は前記エネルギ回収手段に排
    気を導く配管に設けた制御弁と、この制御弁の下流に設
    けられ排気を冷却して水分を凝縮させる第１の熱交換器
    と、この第１の熱交換器で熱交換した排気を前記制御弁
    をバイパスした排気と熱交換させる第２の熱交換器とを
    備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
  10. 【請求項１０】前記制御手段は、前記圧縮機と前記膨張
    機との間に設けた変速手段と、前記エネルギ回収手段に
    空気室からの排気を導く配管に設けた圧力検出手段を備
    え、この圧力検出手段が検出した圧力に基づいて前記変
    速手段の変速比を変更するものであることを特徴とする
    請求項７に記載の燃料電池。
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